Vad ger glykolys?

Levande saker, som alla består av en eller flera enskilda celler, kan delas in i prokaryoter och eukaryoter.

Nästan alla celler förlitar sig på glukos för deras metaboliska behov, och det första steget i nedbrytningen av denna molekyl är den serie reaktioner som kallas glykolys (bokstavligen "glukosuppdelning"). I glykolys genomgår en enda glukosmolekyl en serie reaktioner för att ge ett par pyruvatmolekyler och en blygsam mängd energi i form av adenosintrifosfat (ATP).

Den ultimata hanteringen av dessa produkter varierar dock från celltyp till celltyp. Prokaryota organismer deltar inte i aerob andning. Detta innebär att prokaryoter inte kan använda molekylärt syre (O₂). Istället genomgår pyruvat jäsning (anaerob andning).

Vissa källor inkluderar glykolys i processen med "cellulär andning" i eukaryoter, eftersom det går direkt före aerob andning (dvs. Krebs cyklar och oxidativ fosforylering i elektron transport kedja). Striktare är glykolysen i sig inte en aerob process helt enkelt för att den inte är beroende av syre och uppstår oavsett om O₂ är närvarande.

Men eftersom glykolys är en nödvändig förutsättning av aerob andning genom att det levererar pyruvat för reaktionerna därav, är det naturligt att lära sig om båda begreppen på en gång.

Glukos är ett sexkolssocker som fungerar som den viktigaste enskilda kolhydraten i mänsklig biokemi. Kolhydrater innehåller kol (C) och väte (H) förutom syre, och förhållandet C till H i ​​dessa föreningar är alltid 1: 2.

Socker är mindre än andra kolhydrater, inklusive stärkelse och cellulosa. I själva verket är glukos ofta en upprepande underenhet, eller monomeri dessa mer komplexa molekyler. Glukos i sig består inte av monomerer och anses som en monosackarid ("ett socker").

Formeln för glukos är C₆H₁₂O₆. Huvuddelen av molekylen består av en sexkantig ring innehållande fem av C-atomerna och en av O-atomerna. Den sjätte och sista C-atomen finns i en sidokedja med en hydroxylinnehållande metylgrupp (-CH₂ÅH).

Processen glykolys, som äger rum i cellen cytoplasma, består av 10 individuella reaktioner.

Det är vanligtvis inte nödvändigt att komma ihåg namnen på alla mellanprodukter och enzymer. Men att ha en fast känsla för den övergripande bilden är användbar. Detta beror inte bara på att glykolys kanske är den enskilt mest relevanta reaktionen i livets historia på jorden utan också på grund av stegen illustrerar snyggt ett antal vanliga händelser inom celler, inklusive verkan av enzymer under exoterm (energiskt gynnsam) reaktioner.

När glukos kommer in i en cell accosteras det av enzymet hexokinas och fosforyleras (det vill säga en fosfatgrupp, ofta skriven Pi, bifogas till den). Detta fångar molekylen inuti cellen genom att ge den en negativ elektrostatisk laddning.

Denna molekyl omorganiseras till en fosforylerad form av fruktos, som sedan genomgår ett nytt fosforyleringssteg och blir fruktos-1,6-bisfosfat. Denna molekyl delas sedan upp i två liknande trekolmolekyler, varav den ena omvandlas snabbt till den andra för att ge två molekyler glyceraldehyd-3-fosfat.

Detta ämne ordnas om till en annan dubbelt fosforylerad molekyl innan den tidiga tillsättningen av fosfatgrupperna omvändes i icke-på varandra följande steg. I vart och ett av dessa steg, en molekyl av adenosindifosfat (ADP) händer av enzym-substratkomplexet (namnet på strukturen som bildas av vilken molekyl som helst som reagerar och det enzym som framkallar reaktionen mot fullbordande).

Denna ADP accepterar ett fosfat från var och en av de närvarande trekolmolekylerna. Så småningom sitter två pyruvatmolekyler i cytoplasman, redo för utplacering till vilken väg som cellen kräver att den går in i eller kan vara värd för.

Den enda sanna reaktanten för glykolys är en glukosmolekyl. Två molekyler vardera av ATP och NAD + (nikotinamidadenindinukleotid, en elektronbärare) införs under reaktionsserien.

Du kommer ofta att se den fullständiga processen för cellulär andning listad med glukos och syre som reaktanter och koldioxid och vatten som produkter, tillsammans med 36 (eller 38) ATP. Men glykolys är bara den första reaktionsserien som i slutändan kulminerar i den aeroba extraktionen av denna mycket energi från glukos.

En summa av fyra ATP-molekyler produceras i reaktionerna som involverar glykolysens trekolkomponenter - två under omvandlingen av paret 1,3-bisfosfoglyceratmolekyler till två 3-fosfoglycerat och två under omvandlingen av ett par fosfoenolpyruvatmolekyler till de två pyruvatmolekylerna som representerar slutet av glykolys. Dessa syntetiseras alla via fosforylering på substratnivå, vilket innebär att ATP kommer från direkt tillsats av oorganiskt fosfat (Pi) till ADP snarare än att bildas som en följd av något annat bearbeta.

Två ATP behövs tidigt i glykolys, först när glukos fosforyleras till glukos-6-fosfat och sedan två steg senare när fruktos-6-fosfat fosforyleras till fruktos-1,6-bisfosfat. Således är nettovinsten i ATP vid glykolys som ett resultat av en molekyl glukos som genomgår processen två molekyler, vilket är lätt att komma ihåg om du associerar det med antalet pyruvatmolekyler skapad.

Dessutom, under omvandlingen av glyceraldehyd-3-fosfat till 1,3-bisfosfoglycerat, reduceras två NAD + -molekyler till två molekyler av NADH, med den senare som en indirekt energikälla eftersom de deltar i reaktionerna från bland annat processer, aerob andning.

Kort sagt, nettoutbytet av glykolys är därför 2 ATP, 2 pyruvat och 2 NADH. Detta är knappt en tjugondel av mängden ATP som produceras i aerob andning, men eftersom prokaryoter som regel är mycket mindre och mindre komplexa än eukaryoter, med mindre metaboliska krav att matcha, de klarar sig trots detta mindre än idealiska schema.

(Ett annat sätt att se på detta är naturligtvis att bristen på aerob andning i bakterier har hindrat dem från att utvecklas till större, mer varierande varelser, för vad det betyder.)

I prokaryoter, när glykolysvägen är klar, har organismen spelat nästan alla metaboliska kort som den har. Pyruvat kan metaboliseras ytterligare till laktat via jäsning, eller anaerob andning. Syftet med jäsning är inte att producera laktat utan att regenerera NAD + från NADH så att det kan användas i glykolys.

(Observera att detta skiljer sig från alkoholjäsning, där etanol framställs av pyruvat under jästens verkan.)

I eukaryoter går det mesta av pyruvatet in i den första uppsättningen steg i aerob andning: Krebs-cykeln, även kallad tricarboxylsyra (TCA) eller citronsyracykeln. Detta sker inom mitokondrierdär pyruvat omvandlas till tvåkolföreningen acetylkoenzym A (CoA) och koldioxid (CO₂).

Denna åtta-stegscykels roll är att producera mer högenergi-elektronbärare för efterföljande reaktioner - 3 NADH, en FADH₂ (reducerad flavinadenindinukleotid) och en GTP (guanosintrifosfat).

När dessa kommer in i elektrontransportkedjan på mitokondriellt membran flyttar en process som kallas oxidativ fosforylering elektronerna från dessa högenergibärare till syremolekyler, med slutresultatet produktion av 36 (eller möjligen 38) ATP-molekyler per glukosmolekyl "uppströms."

Den mycket högre effektiviteten och utbytet av aerob metabolism förklarar i princip alla grundläggande skillnader idag mellan prokaryoter och eukaryoter, med den tidigare föregången, och tros ha gett upphov till, till senare.